基于容器技术的科教云平台设计和实现

基于容器技术的科教云平台设计和实现

付强

吉林吉大通信设计院股份有限公司  130012

摘要：本文简单介绍了科教云平台与容器技术，并围绕总体设计、资源管理层设计、应用层设计、开发环境、资源管理层规划与部署、应用层实现等方面，就基于容器技术的科教云平台设计与实现要点进行了探讨。

关键词：科教云平台；容器技术；应用层

迈入大数据时代，数据信息的整合与处理变得愈发重要，不同行业与领域也在大数据技术的支持下迎来了全面创新。科教领域基于容器技术创设科教云平台，能够对海量数据信息资源进行有效整合与利用，进而提供相应的优质服务，为科教事业的发展带来更多可能性。而要保障科教云平台的有效构建，则需要对相应的设计与实现要点加以明确。

一、科教云平台与容器技术概述

科教云平台是在大数据、云计算等先进技术支持下构建的线上平台，其不仅能提供在线学习、互动交流、成果速递、服务对接等功能，更能根据实际需要提供定制化、个性化服务，利用先进技术推动线上线下有机融合，丰富资源、优化服务并强化多维度支持。科教云平台通常包含云服务管理、数据安全管理、用户管理、虚拟资源管理、团队管理等基础功能，进而为各项服务的有效落实提供支持。其中云服务管理功能是科教云平台对云计算相关技术进行应用的重要体现，管理员可通过平台实时开启或关闭云服务，对数据库进行管理，并能查看项目日志、监控服务状态，对云服务相关功能进行调整和优化。而数据安全管理则是保障整个科教云平台数据信息安全的基础，需要针对私有数据、虚拟机数据以及共享数据采取不同的安全管理策略，同时需要做好虚拟机恢复以及热迁移工作，从而确保信息安全。而容器技术则是指把单个操作系统的资源划分到不同孤立的组中，进而根据实际需要优化资源配置与使用。容器技术实际上属于虚拟化技术的一种，而且与使用虚拟机的硬件虚拟化相比更为轻便，能够实现环境隔离，也能统一和简化打包与部署软件的流程，同时具有良好的可拓展性。这些优势的存在，使得容器技术成为了软件编程开发项目中被广泛应用的虚拟技术。

二、容器技术支持下的科教云平台设计与实现策略

（一）设计

1. 总体设计。在容器技术的支持下，科教云平台的架构通常由表示层、应用层、服务接口层、资源管理层以及基础设施层等组成。其中表示层是直接面向用户的部分，外部用户能够通过包括计算机、智能手机、平板电脑等在内的各种终端对平台进行访问并获取相应服务。应用层则是直接体现平台功能的部分，一般包含管理系统数据库、用户管理模块、资源管理模块、团队管理模块等四大模块。其中数据库是整个平台的基础部分，是平台信息的存储及处理部分；用户管理模块主要面向广大用户，提供包括注册、审核、登录、删除以及信息查看和修改等在内的基本功能；虚拟资源管理模块主要提供虚拟资源相关的服务，用户能够对总资源量、已使用资源、剩余资源等进行查看，同时能完成资源申请、资源扩容等功能。至于团队管理模块，则提供了包括团队成员、团队信息、项目资源、共享文件等在内的各项管理功能。
2. 资源管理层设计。资源管理层是科教云平台的重要部分，直接关系到海量资源数据的存储、管理与利用。在容器技术的支持下，科教云平台资源管理层的实现通常可通过OpenStack技术实现，只需要安装对应子项目便能对底层资源进行灵活调用与配置。在Kubernetes和OpenStack技术的共同作用下，可直接利用Docker容器技术对各项组建与服务进行封装，从而根据实际需要进行快速部署、管理及调用。而将OpenStack云平台和存储系统进行集成，则能通过容器化云平台实现对资源的自由调用，直接将不同分组的数据转化为对象在存储设备上进行读写，而且所有数据都会被自动保存，有效兼顾了数据的管理和使用。在虚拟机中，可通过存储集群对镜像数据进行存储与管理，从而实现可靠备份，保障数据安全，避免因数据丢失等而导致数据安全问题。针对磁盘损坏而导致的虚拟机数据丢失问题，可以利用集群作为虚拟机磁盘文件的存储后端，不再直接通过本地磁盘形成虚拟机，而是直接利用外部的RBD块设备等对虚拟机的磁盘文件进行存储，实现直接从存储系统中启动项目。针对本身不提供存储能力的部分，则需要对不同存储后端驱动进行调动，通过动态划分磁盘空间的方式来为虚拟机提供弹性可控的资源和管理支持，增强整个虚拟机的冗余备份能力。将整个云服务平台与容器技术进行结合，可对云服务项目进行封装、部署与自由调用，形成包括硬件服务层、系统层、容器集群层、容器通信协作层、云计算服务层等在内资源管理层。
3. 应用层设计。应用层作为实现项目应用的关键部分，其设计水平高低直接关系到科教云平台的运行、管理和发展情况。应用层一般建设在资源管理层上，从而对资源加以应用并提供各种服务。应用层一般由数据层、逻辑层以及表示层组成，其中数据层主要用于对数据信息进行存储与管理，逻辑层用于实现数据处理和管理功能，表示层则是为管理员以及用户提供应用和服务支持的部分。应用层需要包含数据库，数据库则需要包含系统用户表、角色表、项目表、团队项目资源申请表、项目文件表、团队加入申请表、系统消息表等，并通过不同数据表的相互关联为数据的存储、使用和管理奠定基础。

（二）实现

1. 开发环境。要实现基于容器技术的科教云平台，需要良好的开发环境作为基础支持。除了最基本的路由器、交换机、服务器等硬件之外，还需要容器集群安装工具、集群、容器、云平台和存储系统等工具及软件包作为支持，方能为科教云平台的开发创造良好环境。
2. 资源管理层规划与部署。利用集群工具部署好集群，需要现在控制节点上安装云服务组件并进行合理配置，准备好合适的软件，之后便可部署云服务以及存储系统。其中云服务的部署需要先通过节点对集群进行访问，然后安装部署工具，之后再部署集群项目以及相应的配置文件，通过编译保障集群部署环境足够合理，最后再对集群中的控制节点、计算节点等进行标记级即可。存储系统的部署需要先对存储系统相关配置进行处理，从而创建以硬盘空间为系统启动盘的虚拟机，并将各项服务整合到集群之中。之后需要对资源管理层的功能进行验证，通过实时监测云平台各项服务运行状态的方式保障平台运行情况符合预期，及时对其中存在的问题进行处理和优化。
3. 应用层实现。应用层的实现是整个科教云平台实现中最关键的部分，直接关系到广大用户的使用体验。系统管理员、老师、学生等不同身份的用户，可通过注册对应身份权限的用户账号的方式登录平台，从而获取对应资源和服务。而对虚拟资源的管理，则需要以资源申请为重点，通过修改本地数据库、调用服务接口的方式来对资源额度进行创建及配置，为相应的资源使用及管理奠定基础。团队管理则需要覆盖项目、负责人、创建时间、团队信息、团队成员交流和分享等功能，通过虚拟机、浮动IP等实现对虚拟资源的有效管理和处置，确保不同团队均能能很好地利用科教云平台。

结束语

综上可知，容器技术在科教云平台中的应用价值十分巨大。云计算时代，科教云平台的创设与运行，能够充分发挥云计算技术的优势与价值，为我国科教事业的发展带来重要创新和有力支持，深化对海量资源的利用，提供优质的科教服务以及强有力的技术支持。
参考文献：

[1]李海波,徐江山.基于容器技术的广电云平台服务框架规划与实现[J].广播电视网络,2020,27(11):35-39.

[2]马博超.容器技术在城轨云平台中的应用研究[J].电气化铁道,2020,31(S1):230-232.

[3]农业部办公厅印发关于启用全国农业科教云平台的通知[J].中国农技推广,2017,33(09):17-18.